改性碳納米管及其復合材料在廢水處理中的應用現狀及展望

林少華，武海霞，高莉蘋，俞乙平

（1南京林業大學土木工程學院，江蘇南京210037；2南京工業大學城建學院，江蘇南京211816）

碳納米管（carbon nanotube,CNT）是一種邊壁由sp2雜化碳原子組成的空心圓柱管。特殊的結構使CNT擁有了優良的電學、化學、光學、機械性能等，在催化、半導體（納米電路、晶體管）、能源（燃料電池、太陽電池）、汽車行業等領域的應用得到了廣泛研究[1-4]。近年來，CNT在廢水處理領域的應用也日益受到人們的關注。但CNT水濕潤性極差，且在水中難以分散，易于團聚[5-6]，用作陽極電化學降解水中污染物時，在高陽極電勢下，因為水的分解作用等而存在電流效率低下、催化效率不高等問題[4]。

為了提高CNT的性能，人們對CNT進行了各種改性處理，并進一步制備復合材料。已有的研究表明，通過改性處理可以明顯改善CNT的化學和物理性能，如提高CNT的溶解性和對電子的捕獲能力、減少電子-空穴復合等，大大拓寬了CNT在廢水處理領域的應用研究范圍[7-8]。本文就CNT的改性及其復合材料的制備方法以及在電化學氧化、電Fenton、電化學還原、電化學過濾、光催化和膜分離等廢水處理技術的應用研究進展進行了總結評述，并對未來的研究方向進行了展望。

1 CNT改性及復合材料制備方法

CNT可分為單壁式（single-walled carbon nanotube，SWCNT）和 多 壁 式（multi-walled carbon nanotube，MWCNT），研究中多采用后者。在對CNT改性和制備復合材料前，首先需要對其進行純化，去除制備過程中殘留的雜質（如催化劑等）。純化方法一般為在馬弗爐中煅燒后再酸洗，如濃鹽酸浸泡，然后再洗至中性并干燥[8-10]。

1.1 CNT改性

由于CNT自身通常難以溶于水及極性溶液，為了提高其分散性，并為后續制備復合材料提供必要條件，需要對CNT進行表面改性，增加功能基團[5]。表面改性方法一般可分為共價鍵修飾和非共價鍵修飾[5,11]。

共價鍵修飾一般是對CNT進行氧化處理，使CNT表面帶有羥基、羧基等功能基團，處理方法有酸處理[1,12-13]、化學氧化或電化學氧化法等[11,14-17]。其中，酸處理通常采用濃硫酸、濃硝酸或者二者的混合酸（通常混合比例為3∶1）。酸處理可以作為制備復合材料前的預處理，但酸處理后CNT也可直接作為功能化材料用于廢水處理相關技術，如經過硝酸和氫氟酸改性的CNT分別被用作電化學過濾電極材料和臭氧氧化催化劑[18-19]。非共價鍵修飾常利用表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（NaDDBS）[20]、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）[21-22]、十二烷基硫酸鈉（SDS）[23]、聚乙二醇辛基苯基醚（triton X-100）[24]、全氟磺酸[25]吸附在CNT表面，提高其分散性；或利用N-甲基吡咯烷 酮（NMP）[26-28]、吡 咯[29]、多 巴 胺[30]、樟 腦 磺酸[31]、(3-氯丙基)三甲氧基硅烷[32]、3-巰丙基三甲氧基硅烷[33]等通過π-π鍵或氫鍵作用進行修飾。

在對CNT進行改性時，非共價鍵修飾改性可以更好地保留CNT的sp2雜化結構和電學特性，但非共價鍵改性可能造成對水中污染物吸附能力下降等。共價鍵修飾改性可以克服這些不足，但同時會對CNT造成侵蝕，引起物化性質改變。經混酸或次氯酸鈉改性的CNT，隨著改性程度加大，CNT比表面積和總孔容會減小[14]；而臭氧氧化改性處理產生的含氧官能團，則會提高CNT的比表面積和低于5nm的孔體積[17]。共價鍵修飾改性還會使CNT長度、直徑變小，質量損失，甚至會帶來不期望的結果，如在進行羥基功能化時，可能會引入羰基[15]。因此，應該根據需要，合理選擇高效、方便、溫和的表面改性方法。

此外，CNT改性還可以通過熱處理實現，研究表明，高溫熱處理可以使CNT石墨化[34]。例如，Xue等[9]將MWCNTs在氬氣氛圍下，于2800℃下煅燒30min，然后以5℃/min的速率降溫，制得石墨化MWCNTs。

1.2 CNT復合材料制備

CNT經表面修飾改性后，再根據需要進一步制備復合材料。可以直接通過化學反應，引入納米顆粒、高分子聚合物等制備復合材料，處理方法包括聚合/氧化聚合、水熱法等；也可以采用一些物理化學方法包括電泳法、電化學共沉積法、電化學氧化法、電化學還原法、電吸附、溶膠-凝膠法等，或它們的聯合使用，制備CNT復合功能材料。廢水處理用CNT復合材料主要為在CNT上負載各類催化劑，制備各類光催化劑、電催化劑、電化學反應電極或微生物染料電池電極等。與CNT相比，復合材料的比表面積通常會出現一定程度降低，但仍可保持較高值。如通過原位聚合法制備的聚苯胺(PANI)-CNT，盡管其比表面積明顯低于CNT的170m2/g，但仍可達到較高的106.6m2/g[27]。典型廢水處理用CNT復合材料和其制備方法見表1。

表1 典型CNT復合材料及制備方法

獲得CNT復合材料通常不是一次反應或作用實現的，往往需要通過綜合運用上述方法，多次反應才能實現。如利用多壁碳納米管制備MWCNT-聚合物/Ag，首先利用濃硝酸和濃硫酸氧化多壁碳納米管，引入羧基，再分別依次和氯化亞砜、2-溴-2-甲基丙酰溴反應制備MWCNT-Br；以Cu(Ⅰ)Br/PMDETA為催化劑，采用原子轉移自由基聚合的方法，制得MWCNT-PGMA；進一步用琥珀酸酐將羥基轉換成羧基，制得聚羧酸改性MWCNTs，最終利用聚羧酸改性MWCNTs俘獲Ag+制得MWCNT-聚合物/Ag[55]。

2 改性CNT及其復合材料在廢水處理中的應用

2.1 電化學氧化

2.1.1 陽極氧化

水中部分有毒有害有機污染物，采用常規處理方法如混凝、生物氧化、吸附、離子交換，甚至化學氧化很難將其降解去除[56]。電化學陽極氧化技術（anodic oxidation，AO），則可以通過在陽極產生的直接電子轉移作用、強氧化自由基·OH、水中活性氯等有效降解水中持久性有機污染物，且具有設備簡單、運行條件溫和、環境友好等優點[56-57]。

為了提高CNT陽極氧化的效率，人們通過酸處理、負載納米顆粒催化劑手段對CNT進行改性或進一步制備復合材料。納米顆粒催化劑包括單金屬催化劑Ag、Pt、Pd等[58-59]、雙金屬催化劑如Ru-Cu[59]；金屬氧化物催化劑如CeO2[51]、CeO2-ZrO2[51]、SnO2[60]、MnOx[61]等。改性CNT或CNT復合材料通常涂覆于玻璃碳電極（GC或GCE）[58,62]、炭紙（CT）[59]或鈦（Ti）片[61]上。羧基、胺基改性CNT也被直接用作催化劑[57,62]。所用裝置既有分室式，也有非分室式。分室式裝置，通過離子交換膜將裝置分為陰極室和陽極室，以方便分別考察陰極區和陽極區反應、進行電化學氧化機理研究等。典型改性CNT和CNT復合材料陽極對水中污染物電化學催化氧化去除效果見表2。

表2 改性CNT和CNT復合材料陽極對水中污染物陽極氧化去除效果

此外，改性后CNT也被用于對其他陽極電極材料進行改進。如Xu等[63]利用羥基化CNT對PbO2進行改進制備MWCNTs-OH-PbO2電極，新型電極具有1.5V的高氧析出電勢，是傳統PbO2電極的3.7倍。電化學降解水中吡啶時，在MWCNTs-OH濃度為1.0g/L時制得的MWCNTs-OH-PbO2，對吡啶的降解率可以達93.8%，總有機碳（TOC）可以降低84.6%[63]。

2.1.2 電Fenton氧化

在傳統Fenton工藝中，H2O2雖然可以在Fe2+催化作用下產生·OH[反應式如式(1)]。但該工藝存在H2O2存儲和運輸風險，反應產生的含鐵污泥需要正確處置，且反應必須在酸性環境下進行，反應后需要進行中和等缺點[56]。

而式(1)中的Fe3+可以借助化學或電化學方法實現再生[64]，如式(2)、式(3)。

結合在電化學反應陰極可以實現O2還原產生H2O2的特性，人們發展了電Fenton氧化技術[65]，近年來又嘗試將CNT進行改性并用于電Fenton氧化技術。CNT在電Fenton氧化中的應用主要有兩條技術路線：①將Fe直接負載于CNT上；②在利用溶液中Fe的催化行為的基礎上，通過其他元素或催化劑對CNT電極改性，提高對電子轉移的催化效果。

將Fe負載于CNT上著眼于直接利用Fe的催化性能和電還原產生的H2O2發生產·OH反應[13,66]。Sadeghi等[13]將純化后的CNT利用FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O進行磁化改性處理作為第三極，分別以Ti/RuO2和石墨氈作為陽極和陰極（電極間距1cm），進行多相電Fenton氧化降解雙氯酚酸（DCF）研究。結果表明，多相電Fenton系統對DCF具有很高的去除效率，在電流密度20mA/cm2、pH=5、DCF初始濃度10mg/L、空氣流量1mL/min、MSWCNTs投加量80mg/L情況下，經過120min反應，DCF去除率可以達97.8%，COD去除率達71.2%。負載Fe的CNT表現出很高的電催化活性，并表現出優良的可重復使用性能[13]。

在其他元素或催化劑對CNT電極改性或制備復合材料方面，主要利用氮族元素的氮、磷和鈷等對CNT進行摻雜[10,66-67]。如Tang等[67]利用水合肼對CNT進行改性，制備了NCNT/NF/CNT空氣擴散電極，考察了產H2O2能力及對p-硝基酚進行電Fenton降解效能。結果表明，由于N摻雜，在電流強度100mA時，120min后NCNT/NF/CNT空氣擴散電極對H2O2的累積濃度可以達到307mg/L。NCNT/NF/CNT空氣擴散電極比CNT/NF/CNT空氣擴散電極和NF空氣擴散電極對p-硝基酚的降解能力都強。在Fe2+濃度為0.4mmol/L時，初始濃度50mg/L的p-硝基酚經過30min后可以完全被去除，TOC去除率可以達62.6%[67]。Xia等[10]對CNT進行了P改性，制作了氣體擴散電極，結果表明，60min后P-CNTs氣體擴散電極H2O2累積值可以達1291.3mg/L，而CNTs氣體擴散電極的H2O2累積值只有415.9mg/L，P-CNTs氣體擴散電極產H2O2的電流效率可達88.5%，比CNT氣體擴散電極效率高64.7%。在IrO2作為陽極、反應液體積0.16L、甲硝唑初始濃度200mg/L、Fe2+濃度0.78g/L、0.1mol/LNa2SO4作為支撐電解質、pH=3、O2流量為0.21L/min時，甲硝唑的去除率可達99%以上[10]。

Alcaide等[68]將CoSP負載于CNT上，并將CoSP/MWCNTs催化劑沉積到炭紙上制成空氣擴散電極，以硼摻雜金剛石作陽極，在2.5L的0.050mol/LNa2SO4電解質溶液、pH=3.0、電流密度25mA/cm2時，H2O2累積的最大電流效率可達72.0%。在苯達松初始濃度為20mg/L、Fe2+濃度為0.50mmol/L時，經20min反應，苯達松完全去除，在UVA燈輔助作用下，苯達松礦化率可達77.0%[68]。

2.2 電化學還原

電化學陽極氧化可實現對有機物的氧化降解，但對于一些有機物，如氯代芳環化合物，由于電化學氧化過程中產生的活性氯作用，可能會生成毒性更強的氯代脂肪族中間產物，因此在實現氧化降解之前，有必要先對其進行陰極還原處理[69]。

電化學還原作用可以分為直接還原和間接還原。在反應過程中，電子隧道效應和有機物在陰極表面形成的化學吸附復合物可以產生直接還原作用。間接還原通常是由于在電極表面（如Pd、Pt、Ni等）吸附原子氫（H*）而產生強還原性作用的結果。在陰極帶負電荷后，H2O和H+會通過和負電荷的親電反應吸附到電極表面位點上，所吸附的H2O會通過O—H鍵作用捕獲自由電子產生H*，所吸附的H+則通過電子轉移作用生產H*，這些H*會對氯代芳環化合物等產生還原作用而脫氯。反應如式(4)～式(6)[22]。

式中，M為催化劑；X為氯、溴或硝基等取代基。

CNT負載的納米顆粒催化劑主要有Pd、Ni、Pt、MnO2、Cu/CuxO等[22,39,53,70-72]，酸 處 理MWCNT（MWCNT-T）、含羥基MWCNT（MWCNT-OH）也被直接用作電化學還原催化劑[25]。改性CNT和負載催化劑的CNT一般負載于鈦板[53]、氣體擴散電極[71]、石墨氈（GF）[22]、泡沫鎳（Ni foam）[39]和玻璃碳電極上（GCE）[25]。電化學還原反應器既有分室式，也有非分室式。改性CNT電化學還原有機物主要有2,3,5-三氯酚、4-氯酚、硝基苯、四溴雙酚A等。典型改性CNT和CNT復合材料電還原降解水中污染物均取得了良好效果，詳見表3。

表3 改性CNT和CNT復合材料電還原降解水中污染物效果

2.3 電化學過濾

常規電化學反應裝置采用的電極通常為片狀或板狀。由于電極-水界面的對流作用非常弱，在污染物向電極表面擴散時存在傳質限制[73]。使水流垂直通過多孔電極，則可以有效強化對流擴散作用，提高反應效率[74]。CNT具有優越的導電性、化學穩定性和高比表面積特性，對水中多種有機物具有良好的吸附作用，且很容易做成三維立體網狀結構，特別適合做電化學濾器（electrochemical filter）的電極材料[38,75]。

CNT經過酸處理[38,76]、熱處理[38]或負載納米顆粒催化劑（如SnO2、TiO2、Sb-SnO2、Bi-Sb-SnO2、FeOCl、硼 摻 雜SnO2、銻 摻 雜SnO2、TiO2/CeO）[4,26,44,48-49,77-78]后，在電化學濾器中有的用作陽極進行陽極氧化反應，有的用作陰極進行電Fenton反應、電化學還原脫氯，有的用來降解有機污染物，也有的用來還原重金屬離子[27]。不過，盡管CNT或改性CNT具有良好的機械強度，但其網狀結構非常松散，表觀強度很弱，一般需要以穿孔不銹鋼片、聚四氟乙烯（PTFE）膜、聚偏二氟乙烯（PVDF）膜等作支撐。

典型的三明治型可順序再生電Fenton過濾反應器如圖1所示[79]。該反應器濾層共4層，水流自上至下分別流經CNT網陰極、CNT-Fe2+網陰極、PVDF或PTFE絕緣層、CNT網陽極。CNT-Fe2+網陰極中固定的Fe2+可以發生電Fenton反應，并可以實現原位再生，減少Fe2+流失和含鐵污泥產量，且在中性條件下也可進行反應。Wei等[80]則制備了三明治型中空纖維膜，用于去除低濃度微囊藻毒素LR并取得了良好效果，膜結構及反應機制見圖2。

圖1 可順序再生三明治型電Fenton過濾反應器[79]

圖2 三明治型中空纖維膜及反應機制[80]

電化學過濾反應模式可以分為一過式（終端過濾）和再循環式。但采取一過式反應模式時，由于相當一部分污染物直接流過電極層而未參與電化學反應，所以一過式反應模式適用于考察動力學影響因素研究，而不適于以達標排放為目標的實際污廢水處理。但Liu等[77]用FeOCl-CNT電還原Sb(Ⅲ)時，采用一過式反應模式，在2s內取得了轉化率＞99%的驚人效果。改性CNT和CNT復合材料在電化學過濾中的應用見表4。

表4 改性CNT和CNT復合材料在電化學過濾中的應用

2.4 光催化

光催化技術因可以實現有機污染物的完全礦化，所以在處理難降解有毒有害有機污染物時備受關注。常見半導體光催化劑有TiO2、ZnO、Fe2O3和WO3等。光催化劑作為納米材料，一方面由于靜電吸引作用易于團聚而使催化活性下降；另一方面，過快的電子-空穴復合也會限制其光催化效率。

CNT除具有高比表面積、良好的陽離子和陰離子吸附特性外，還可降低帶寬，促進光生電荷的轉移，是負載半導體光催化劑的良好載體[81]。引入CNT制備的復合催化劑，如TiO2-MWCNT、Cu/CNTs、TiO2-x/CNT、 ZnO/CNTs、 CNT/TiO2、 CNT/CdS、CNT/ZnS、MWCNTs/BiOI、CSA PANI-WO3-CNT等，比沒有引入CNT的催化劑表現出了更強的光催化性能[31,43,52,82-86]。如Song等[82]制備了TiO2-MWCNT催化劑并研究了其降解全氟辛酸（PFOA）的效能，和純TiO2納米顆粒相比，TiO2-MWCNT對PFOA表現出了更高的催化能力，在TiO2-MWCNT投加劑量為1.6g/L、酸性溶液中，PFOA經過8h光催化反應可以實現完全降解。

改性CNT還為新型催化劑的制備和利用提供了良好條件，如氮化碳、銀/鹵化銀（Ag/AgX(X=Cl、Br或I)）等[87-88]。由于羥基化CNT更容易和氮化碳納米帶（CNN）的氨基形成氫鍵，從而加強電子轉移作用[15]，所以Zhao等[87]利用羥基化CNT制備了氮化碳納米帶改性羥基化MWCNT(HCNT/CNN)。HCNT/CNN具有寬的光吸收范圍、低光激發密度、高光電流、低電化學阻抗譜弧，在HCNT最佳負載量（質量分數0.05%）下，使得HCNT/CNN對鹽酸四環素降解速率最高，產氫速率達到175.5mmol/(h·g)。

在光催化反應器方面，基于薄膜型催化劑應用需要，許凱等[88]設計了加光（電）過濾器（如圖3所示），并探究了Ag/AgCl光催化薄膜在連續流狀態下對亞甲基藍的光催化性能。結果表明，在900μW/cm2光強下，Ag/AgCl-CNTs復合薄膜在連續流光催化體系中對10mg/L的亞甲基藍去除率可達90%，比傳統序批式反應體系高出70%以上，連續流體系的對流傳質效果明顯優于序批式體系的擴散傳質效果。Ag/AgCl-CNTs多功能復合薄膜體系具有光催化降解和膜分離以及減緩膜污染等多重特性[88]。在基于改性CNT光催化劑的反應器方面，Wu等[81]也開發了類似的光催化過濾反應器。

圖3 Ag/AgCl-CNTs多功能復合薄膜光催化過濾反應器[88]

此外，改性CNT復合催化劑還被用于超聲-光催化耦合[89-90]、光Fenton[41]、光電催化[45,91]、光催化電Fenton[21]。如Jin[90]等制備了具有三維木棉結構的Ag3PO4/CNT海綿復合材料，對抗生素表現出了高效吸附和光催化降解能力，可以在1h內將四環素去除90%，在超聲輔助功率為100W時，Ag3PO4/CNT海綿對四環素的降解超過一半為超聲輔助作用。

2.5 膜分離

膜分離技術因投資小、效率高，在廢水處理中得到了廣泛應用，如膜生物反應器（MBR）、反滲透（RO）、膜蒸餾（MD）等[92-93]。除在膜表面植入親水性單體或使用親水性聚合物添加劑，如聚乙二醇（PEG）外，提高膜的分離能力、機械穩定性的一個重要方法是引入納米填料[28,94]。

碳納米管由于其中空結構，也被作為填料用于制備復合材料分離膜[95-96]。Holt等[97]發現，被氮化硅基質包圍的CNT膜透水能力比不含CNT的商業膜高幾個數量級。將未改性碳納米管和聚合物共聚后制得有機-無機膜雖可獲得高流量，但是由于CNT表面和膜基質不相容，會在膜中產生非選擇性空洞[98]。為了提高CNT和聚合物成分的相容性，研究中通常將CNT進行酸處理或引入功能化官能團后再用于復合膜的制備。如Qiu等[98]將混酸處理后的MWCNT利用5-異氰酸酯-異肽酰氯進行改性，通過相轉變法制備復合超濾膜，功能化MWCNT的引入明顯提高了膜的純水透過能力。目前研究中一般將改性CNT或其復合材料加入聚丙烯腈（PAN）[28]、聚氯乙烯（PVC）[40]、聚砜（PSF）[98]、醋酸纖維素（CA）[99]等基質中，所采用的方法多為相轉化法。CNT復合膜的特性見表5。

常規膜材料由于其疏水性表面，易于造成膠體和天然有機物吸附在膜表面或進入膜孔道，造成膜污染，使膜通量下降[100]。所以，將CNT用于分離膜，除了考慮提高膜透水能力外，很多研究更著眼于提高膜的親水性，減輕膜污染，或利用CNT的導電性通過電化學還原、電化學氧化作用以提高抗污染能力，提高膜的性能恢復[20,24,80,92,101]。一般通過真空過濾法、沉積法、過濾涂層法、沉淀法等使改性CNT在襯底表面成層，襯底膜為聚酰胺（PA）[20]、HVDF[24,80]、PTFE[92]、PVC[100]、混合纖維素酯[102]、陶瓷膜[101,103]等，詳見表5。

表5 CNT復合膜的特性

Fan等[101]在CNT表面引入Ag納米顆粒，通過Ag的抗菌作用提高膜抗污染能力，并通過原位電還原作用抑制銀溶解，提高膜的性能。Duan等[20]則通過間歇式施加2.5V電勢，由于水的氧化使得CaCO3晶體溶解，實現了膜表面CaCO3垢層的去除，也可以通過連續施加1.5V直流電流明顯延緩CaSO4垢層的形成。

2.6 其他應用

微生物燃料電池（MFC）是一種可以實現污水中有機物降解的新型生物電化學能源。在MFC的陽極，微生物以陽極作為電子受體，在缺氧條件下對有機物進行轉化，電子通過外部回路流入陰極，氧在陰極還原為水。其中陽極材料和結構對細菌附著、電子轉移和基質氧化非常重要[16,23]。CNT材料是MFC陽極的良好選擇，但是CNT具有細胞毒性，會抑制細胞生長，因此有必要對其進行改性處理。目前主要是將CNT進行必要的混酸氧化處理或胺化功能化，然后在MWCNT上負載或摻雜MnO2[16]、CdS[50]等催化劑，再以具有良好導電性、生物相容性和穩定性的PANI、PPy與改性后CNT制作成復合材料，在炭紙或炭布等材料上形成涂層，制成電極[23,36,104]。

此外，CNT通過氧化改性、負載金屬/金屬氧化物等，還被當作吸附劑用于吸附去除水中持久性有機污染物、重金屬、放射性物質等[14,17,33,37,42,54,105-108]，并取得良好效果。但改性CNT及其復合材料用于吸附去除水中污染物，除存在吸附后和水分離、再生問題外，經濟性有待商榷。

3 結語

改性CNT的優良特性，使其在廢水處理領域具有良好的應用前景。但在CNT改性和制備復合材料方法、反應工藝和生物安全性上，仍面臨一些挑戰。今后的研究工作應重點就如下幾個方面展開。

（1）根據廢水處理工藝應用需要，繼續尋求獲得新型高效改性CNT及其復合材料的同時，應兼顧穩定性。CNT在使用過程中會出現逐步降解，特別是在強氧化環境、酶的作用下。研究表明，CNT在Fenton反應和過氧化物酶作用下存在降解作用，如羧基化和N摻雜改性MWCNT在辣根過氧化物酶作用下經過90天培養，出現了明顯的降解作用[109-110]。因此，在保證獲得材料高效能的同時，還應盡可能提高CNT材料在后續使用過程中的自身穩定性、持久性以及所負載納米顆粒和CNT結合的穩固性等，盡可能設計開發經濟、高效、方便、溫和的改性和復合材料制備路線。

（2）研究基于改性CNT及其復合材料特性的廢水處理新裝置和反應工藝。CNT在廢水處理領域的應用研究已經從各種基于CNT材料的廢水處理方法對污染物降解的機理研究過渡到新型反應裝置和反應工藝的應用化開發。在設計開發新型反應裝置時，應充分考慮水力條件、運行方式、電源或光源布置等因素的影響，提高反應和能量利用效率。

在反應工藝流程方面，當前研究多為實驗室配水，對改性CNT及其復合材料處理實際廢水研究不足。廢水成分復雜，膠體等雜質會降低改性CNT及其復合材料的活性或效能，故有必要研究各種水質成分對反應效率的影響，開發經濟高效的預處理工藝方法，使各種應用裝置保持較高的處理效率并長期穩定運行。改性CNT及其復合材料通常仍為納米材料，納米材料的特性使其在應用中存在易于流失問題。因此，應開發后處理工藝方法，減少CNT及其復合材料在廢水處理應用時的流失。

（3）關注改性CNT及其復合材料流失后的生物、生態效應。研究表明，碳納米管存在細胞毒性，半數致死（LC50）濃度約為1mg/L，5%物種傷害（HC5）濃度約為3.5mg/L[109,111]。而據估計美國每年通過污水處理廠排放的CNT可達140kg，因此，有必要研究改性CNT及其復合材料對自然環境中的生物受體的影響，開展生物毒理性研究，確立不同物種敏感度分布（speciessensitivity distributions，SSDs），確定改性CNT及其復合材料對不同物種的潛在影響比例和毒性閾值，進行生態風險評價，獲得改性CNT及其復合材料在環境中最大可接受濃度等。

盡管CNT具有生物毒性、易于流失、價格較高等問題，但是由于CNT優異的物理、化學性質，使其非常適合作為各種催化劑的載體，用于電化學氧化、電化學還原、光催化以及各種復合催化工藝，特別是用于去除水中有毒有害、持久性有機物。將改性CNT材料及其復合材料與膜分離工藝結合開發新型功能材料，充分利用改性CNT及其復合材料的優良催化、導電等特性，可以防止改性CNT及其復合材料的流失，減少不良生物、生態影響，同時還有利于減輕膜污染，是今后CNT在廢水處理領域應用的重要方向。相信隨著研究的深入，將迎來CNT實際工程應用的新階段。